(57)【要約】【課題】流路に突起部を有するヒートシンクを提供する。【解決手段】管状の冷媒通路を構成する第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２と、第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２で構成される管状の筐体内に配置され、その内部空間を分割することによって冷媒流路Ｃを画定するフィン２４ａを有するフィン部２４とを備え、第１フレーム部２０又は第２フレーム部２２の一部をフィン部２４に対してプレスすることによって、冷媒流路Ｃに突起部が設けられているヒートシンク１００とする。【選択図】図１
2010219124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の冷媒通路を構成する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記筐体内の空間を分割することによって冷媒流路を画定するフィンを有するフィン部と、を備え、
前記筐体の一部が前記フィンの先端部の側面に密着するように前記冷媒流路に突起部が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートシンクであって、
前記フィン部は複数のフィンを備え、
前記突起部は前記複数のフィンに跨って設けられることを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のヒートシンクであって、
前記フィン部のフィンの突出方向に沿った側面と、前記突起部の突出方向に沿った側面と、の間に隙間が生じないように前記突起部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項４】
管状の冷媒通路を構成する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記筐体内の空間を分割することによって冷媒流路を画定するフィンを有するフィン部と、を備えるヒートシンクの製造装置であって、
前記筐体に前記フィン部を組み合わせた後に前記筐体の一部を前記フィン部に対してプレスすることによって、前記冷媒流路に突起部を形成する凸状のプレス治具を備えることを特徴とするヒートシンクの製造装置。
【請求項５】
管状の冷媒通路を構成する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記筐体内の空間を分割することによって冷媒流路を画定するフィンを有するフィン部と、を備えるヒートシンクの製造方法であって、
前記筐体に前記フィン部を組み合わせた後に前記筐体の一部を前記フィン部に対してプレスすることによって、前記冷媒流路に突起部を形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク並びにその製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電力の半導体素子を用いるインバータ装置等では、半導体素子を冷却するためにヒートシンクが設けられている。ヒートシンクには冷却水路が形成され、冷却水路に冷却水を流すことによって冷却を行う。
【０００３】
例えば、内部に冷媒が流れる流路が形成されたヒートシンクであって、冷媒の流れの方向と交差する方向に延在し、流路の底面から流路の内部に向かって突出部が設けられた構造が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７２０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、流路に突起を形成する際に削り出し加工を適用すると製造コストが大幅に増加するので実用的ではない。また、ダイカストや樹脂成形等を適用して突起を有する部材を形成することもできるが、流路として他の部材と一体化する際にロウ付が不可能となる。また、ロウ付しないでグリス等で接合すると、熱抵抗が大幅に増加して冷却性能が低下してしまう。
【０００６】
また、プレス加工を適用して底板から突起を立てることもできるが、突起の高さを十分なものとするためには底板全体を厚肉化する必要がある。例えば、所望の突起の高さ＋１．５ｍｍ程度の肉厚の底板を用いる必要がある。そのため、ヒートシンク全体の材料コストや重量が増大してしまう。
【０００７】
また、プレス加工で突起を形成した後、フィンを有する部材と組み合わせてヒートシンクを形成すると、図１１の断面図に示すように、フィン１０と突起１２との間に必ず隙間が生じることになる。このような構造では、隙間を通って流れる流体による横渦と、突起１２を越えて流れる流体による縦渦とが相殺し合って冷却性能が低下する。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑み、新たな構造のヒートシンク並びにその製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様は、管状の冷媒通路を構成する筐体と、前記筐体内に配置され、前記筐体内の空間を分割することによって冷媒流路を画定するフィンを有するフィン部と、を備え、前記筐体の一部が前記フィンの先端部の側面に密着するように前記冷媒流路に突起部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このようなヒートシンクは、管状の冷媒通路を構成する筐体と、前記筐体内に配置され、前記筐体内の空間を分割することによって冷媒流路を画定するフィンを有するフィン部と、を備えるヒートシンクの製造装置であって、前記筐体に前記フィン部を組み合わせた後に前記筐体の一部を前記フィン部に対してプレスすることによって、前記冷媒流路に突起部を形成する凸状のプレス治具を備えることを特徴とするヒートシンクの製造装置により製造することができる。
【００１１】
また、管状の冷媒通路を構成する筐体と、前記筐体内に配置され、前記筐体内の空間を分割することによって冷媒流路を画定するフィンを有するフィン部と、を備えるヒートシンクの製造方法であって、前記筐体に前記フィン部を組み合わせた後に前記筐体の一部を前記フィン部に対してプレスすることによって、前記冷媒流路に突起部を形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法により製造することができる。
【００１２】
ここで、前記フィン部は複数のフィンを備え、前記突起部は前記複数のフィンに跨って設けられることが好適である。
【００１３】
また、前記フィン部のフィンの突出方向に沿った側面と、前記突起部の突出方向に沿った側面と、の間に隙間が生じないように前記突起部が形成されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流路に突起部を有するヒートシンクを簡易な製造方法によって提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるヒートシンクのフィン部の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの構成を示す分解組立図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの製造途中の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの別例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるヒートシンクに冷却対象物を実装した例を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるヒートシンクに冷却対象物を実装した例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるヒートシンクに冷却対象物を実装した例を示す図である。
【図１１】従来のヒートシンクの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態におけるヒートシンク１００は、図１に示すように、第１フレーム部２０、第２フレーム部２２及びフィン部２４を含んで構成される。
【００１７】
第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２は、熱伝導率の高い材料で構成することが好適である。例えば、銅、銀、アルミニウム等の金属又は合金により構成することが好適である。材料コストを考慮するとアルミニウムを用いることが好適である。第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２は、例えば、打ち抜き加工やプレス加工により形成することができる。
【００１８】
第１フレーム部２０は、前面、背面及び前面と背面とを繋ぐ側面の一部が開放された形状を有する。第２フレーム部２２は、第１フレーム部２０の側面の開放された部分に嵌め合わされる形状を有する。第１フレーム部２０と第２フレーム部とを嵌め合わせることによって、ヒートシンク１００において冷媒が流通する管が形成される。
【００１９】
例えば、第１フレーム部２０は、図１に示すように、平板状の底面２０ａと底面２０ａから垂直に立ち上げられた平板状の側面２０ｂ，２０ｃを有する形状とする。また、第２フレーム部２２は、第１フレーム部２０の側面２０ｂ，２０ｃの間を亘って、底面２０ａに対向する面を塞ぐように嵌め合わされる平板形状とする。この第１フレーム部２０と第２フレーム部２２とを組み合わせることによって、流入側開口部Ａから流出側開口部Ｂへと連通する管状の中空四角柱が構成される。
【００２０】
フィン部２４は、第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２によって構成される管内に配置され、管内の空間を仕切って複数の流路を形成する。フィン部２４、熱伝導率の高い材料で構成することが好適である。例えば、銅、銀、アルミニウム等の金属又は合金により構成することが好適である。材料コストを考慮するとアルミニウムを用いることが好適である。
【００２１】
フィン部２４は、第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２によって構成される管内の空間を少なくとも２つ以上に仕切る少なくとも１つのフィン２４ａを備える。フィン２４ａは、ベース２４ｂから起立するように設けられる。フィン２４ａ及びベース２４ｂは、例えば、第１フレーム部２０と第２フレーム部２２によって構成される管の延伸方向に沿って延伸するように設けられる。これによって、管の内部空間が管の延伸方向に沿って分割され、管の延伸方向に沿って複数の流路Ｃが形成される。
【００２２】
また、フィン部２４は、押出成形によって形成される。フィン２４ａの幅の貫通孔を所定のピッチで配置した成形型を用いて溶解させた材料を押し出すことによって、フィン２４ａがベース２４ｂに対して起立するように一体成形された構造を有するフィン部２４が成形される。例えば、フィン部２４は数ｍの長さの部材として成形することができる。
【００２３】
その後、プレス装置等により所望の長さに切断する。押出成形された直後は部材がある程度の熱をもっているために柔らかく、その状態でプレス装置等によって所望の長さに切断する。切断時には、フィン２４ａが曲がったり、倒れたりしないようにフィン２４ａを支える治具を用いて切断を行うことが好適である。
【００２４】
このように、フィン部２４を押出成形及びプレス切断という方法で形成することによって、鋳造や削り出し等の方法を適用する場合に比べて製造コストを大幅に削減することができる。また、ダイカストや樹脂成形等と比較して、ロウ付けにより他の部材と一体化することができるので熱抵抗を低減する観点からも有利である。
【００２５】
例えば、図２に示すように、フィン部２４のベース２４ｂを平板状とし、それに対して複数のフィン２４ａが互いに平行にベース２４ｂから直交方向に起立するように形成する。複数のフィン２４ａは同じ高さとし、ベース２４ｂの厚みとフィン２４ａの高さの和Ｈが第１フレーム部２０の内側壁の高さｈと略等しくなるようにすることが好適である。また、フィン部２４の長さＬは、第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２の延伸方向の長さｌと略同じ、又は短くなるように形成することが好適である。
【００２６】
ヒートシンク１００は、第１フレーム部２０、第２フレーム部２２及びフィン部２４を組み合わせて構成する。第１フレーム部２０と第２フレーム部２２とで構成される管内にフィン部２４を収納するように配置することによって、第１フレーム部２０と第２フレーム部２２とで構成される管の内部空間がフィン２４ａによって複数の流路Ｃに分割される。
【００２７】
例えば、図３の組立分解図及び図４の組立図に示すように、第２フレーム部２２とフィン２４ａの先端とが当接するように第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２で構成される管内にフィン部２４を配置する。第１フレーム部２０と第２フレーム部２２とは外部へ冷媒が漏れ出さないようにロウ付けや溶接で接合してもよい。これにより、図１に示すように、第１フレーム部２０と第２フレーム部２２とによって囲まれた流入側開口部Ａから反対側の流出側開口部Ｂへと連通した空間がフィン部２４により複数の流路Ｃに分割された構造が得られる。
【００２８】
さらに、フィン部２４によって構成された流路Ｃに突出する突起部２６を形成する。図５及び図６の断面図は、突起部２６の形成例を説明するものである。図５（ａ）は図１におけるＸ−Ｘラインに沿った断面図であり、図５（ｂ）は図１におけるＹ−Ｙラインに沿った断面図である。図６は図１におけるＺ−Ｚラインに沿った断面図である。
【００２９】
図５（ａ）の断面図に示すように、プレス治具３０を用いてヒートシンク１００の流路の延伸方向に対して交差する方向に第２フレーム部２２を外部からプレスする。このプレス加工により、第１フレーム部２０、第２フレーム部２２及びフィン部２４が一体に組み合わせされる。また、第２フレーム部２２の一部をフィン部２４のフィン２４ａ間の隙間に押し出すことによって、隣り合うフィン２４ａの間の流路Ｃに突起部２６が形成される。プレス治具３０に突出部をヒートシンク１００の延伸方向に沿って所定のピッチで設けておき、プレスを行うことによって、図１，５及び６に示すように、ヒートシンク１００の延伸方向に沿って当該ピッチで突起部２６が配置された流路Ｃが形成される。
【００３０】
このように、押出成形による及びプレス加工の２工程でヒートシンク１００を形成することができるので製造コストを抑制することができる。また、フィン部２４のフィン２４ａの間隔に依らず、押出成形及びプレス加工の２工程によりフィン２４ａで分割された流路Ｃにそれぞれ突起部２６を形成できる点でも優れている。なお、本実施の形態では第２フレーム部２２の一部をプレスして突起部２６を形成するものとしたが、第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２とフィン部２４との配置を逆転させ、第１フレーム部２０の一部をプレスして第１フレーム部２０に突起部２６を形成するものとしてもよい。
【００３１】
また、流路Ｃに突起部２６を形成することによって、図６に破線で示すように、流路Ｃを流れる冷媒が突起部２６によって流れを乱され、フィン２４ａと接する境界層を破壊するので、フィン２４ａから熱を奪った冷媒が滞ることなく流入側開口部Ａから流出側開口部Ｂへと流れる。これによって、ヒートシンク１００の冷却能力が向上する。
【００３２】
なお、第１フレーム部２０及び第２フレーム部２２は様々な形状とすることができ、例えば、図７に示すように、組み合わせてチューブ状とし、その内部にフィン部２４を配置して突起部２６を形成してもよい。なお、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ），（ｃ）はそれぞれＶ−Ｖライン及びＷ−Ｗラインに沿った断面図である。
【００３３】
このように形成されたヒートシンク１００には、図８に示すように、半導体素子３２等を含む冷却対象物３４が実装される。突起部２６としてプレス加工された部分を除いてヒートシンク１００の第２フレーム部２２の外面に影響を与えることがなく、第２フレーム部２２の外面も突起部２６として凹んでいる部分を除いて平坦にすることができるので、冷却対象物３４を第２フレーム部２２の表面に平坦に実装することができる。
【００３４】
また、第１フレーム部２０と第２フレーム部２２のいずれに冷却対象物３４を実装しても同等の冷却特性を得ることができるので実装態様の幅も広がる。図９に示すように、ヒートシンク１００の第１フレーム部２０側及び第２フレーム部２２側の両方に冷却対象物３４を実装することもできる。また、図１０に示すように、複数のヒートシンク１００の間に冷却対象物３４を挟み込むように実装することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  フィン、１２  突起、２０  第１フレーム部、２０ａ  底面、２０ｂ，２０ｃ  側面、２２  第２フレーム部、２４  フィン部、２４ａ  フィン、２４ｂ  ベース、２６  突起部、３０  プレス治具、３２  半導体素子、３４  冷却対象物、１００  ヒートシンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010219124.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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